Spring容器高層檢視

Spring 啟動時讀取應用程式提供的Bean配置資訊，並在Spring容器中生成一份相應的Bean配置登錄檔，然後根據這張登錄檔例項化Bean，裝配好Bean之間的依賴關係，為上層應用提供準備就緒的執行環境。

IOC容器介紹

Spring 通過一個配置檔案描述 Bean 及 Bean 之間的依賴關係，利用 Java 語言的反射功能例項化 Bean 並建立 Bean 之間的依賴關係。 Spring 的 IoC 容器在完成這些底層工作的基礎上，還提供了 Bean 例項快取、生命週期管理、 Bean 例項代理、事件釋出、資源裝載等高階服務。

BeanFactory 是 Spring 框架的基礎設施，面向 Spring 本身；

ApplicationContext 面向使用 Spring 框架的開發者，幾乎所有的應用場合我們都直接使用 ApplicationContext 而非底層的 BeanFactory。

BeanFactory

BeanFactory體系架構：

BeanDefinitionRegistry： Spring 配置檔案中每一個<bean>節點元素在 Spring 容器裡都通過一個 BeanDefinition 物件表示，它描述了 Bean 的配置資訊。而 BeanDefinitionRegistry 介面提供了向容器手工註冊 BeanDefinition 物件的方法。

BeanFactory 介面位於類結構樹的頂端 ，它最主要的方法就是 getBean(String beanName)，該方法從容器中返回特定名稱的 Bean，BeanFactory 的功能通過其他的介面得到不斷擴充套件：

ListableBeanFactory：該介面定義了訪問容器中 Bean 基本資訊的若干方法，如檢視Bean 的個數、獲取某一型別 Bean 的配置名、檢視容器中是否包括某一 Bean 等方法；

HierarchicalBeanFactory：父子級聯 IoC 容器的介面，子容器可以通過介面方法訪問父容器； 通過 HierarchicalBeanFactory 介面， Spring 的 IoC 容器可以建立父子層級關聯的容器體系，子容器可以訪問父容器中的 Bean，但父容器不能訪問子容器的 Bean。Spring 使用父子容器實現了很多功能，比如在 Spring MVC 中，展現層 Bean 位於一個子容器中，而業務層和持久層的 Bean 位於父容器中。這樣，展現層 Bean 就可以引用業務層和持久層的 Bean，而業務層和持久層的 Bean 則看不到展現層的 Bean。

ConfigurableBeanFactory：是一個重要的介面，增強了 IoC 容器的可定製性，它定義了設定類裝載器、屬性編輯器、容器初始化後置處理器等方法；

AutowireCapableBeanFactory：定義了將容器中的 Bean 按某種規則（如按名字匹配、按型別匹配等）進行自動裝配的方法；

SingletonBeanRegistry：定義了允許在執行期間向容器註冊單例項 Bean 的方法；

通過 BeanFactory 裝載配置檔案，啟動 Spring IoC 容器：

XmlBeanFactory 通過 Resource 裝載 Spring 配置資訊並啟動 IoC 容器，然後就可以通過 BeanFactory#getBean(beanName)方法從 IoC 容器中獲取 Bean 了。通過 BeanFactory 啟動IoC 容器時，並不會初始化配置檔案中定義的 Bean，初始化動作發生在第一個呼叫時。

對於單例項（ singleton）的 Bean 來說，BeanFactory會快取 Bean 例項，所以第二次使用 getBean() 獲取 Bean 時將直接從 IoC 容器的快取中獲取 Bean 例項。Spring 在 DefaultSingletonBeanRegistry 類中提供了一個用於快取單例項 Bean 的快取器，它是一個用HashMap 實現的快取器，單例項的 Bean 以 beanName 為鍵儲存在這個HashMap 中。

值得一提的是，在初始化 BeanFactory 時，必須為其提供一種日誌框架，比如使用Log4J， 即在類路徑下提供 Log4J 配置檔案，這樣啟動 Spring 容器才不會報錯。

ApplicationContext

ApplicationContext 由 BeanFactory 派生而來，提供了更多面向實際應用的功能。

在BeanFactory 中，很多功能需要以程式設計的方式實現，而在 ApplicationContext 中則可以通過配置的方式實現。

ApplicationContext 繼承了 HierarchicalBeanFactory 和 ListableBeanFactory 介面，在此基礎上，還通過多個其他的介面擴充套件了 BeanFactory 的功能：

ClassPathXmlApplicationContext：預設從類路徑載入配置檔案

FileSystemXmlApplicationContext：預設從檔案系統中裝載配置檔案

ApplicationEventPublisher：讓容器擁有釋出應用上下文事件的功能，包括容器啟動事件、關閉事件等。實現了 ApplicationListener 事件監聽介面的 Bean 可以接收到容器事件 ， 並對事件進行響應處理 。 在 ApplicationContext 抽象實現類AbstractApplicationContext 中，我們可以發現存在一個 ApplicationEventMulticaster，它負責儲存所有監聽器，以便在容器產生上下文事件時通知這些事件監聽者。

MessageSource：為應用提供 i18n 國際化訊息訪問的功能；

ResourcePatternResolver ： 所 有 ApplicationContext 實現類都實現了類似於PathMatchingResourcePatternResolver 的功能，可以通過帶字首的 Ant 風格的資原始檔路徑裝載 Spring 的配置檔案。

LifeCycle：該介面是 Spring 2.0 加入的，該介面提供了 start()和 stop()兩個方法，主要用於控制非同步處理過程。在具體使用時，該介面同時被 ApplicationContext 實現及具體 Bean 實現， ApplicationContext 會將 start/stop 的資訊傳遞給容器中所有實現了該介面的 Bean，以達到管理和控制 JMX、任務排程等目的。

ConfigurableApplicationContext 擴充套件於 ApplicationContext，它新增加了兩個主要的方法： refresh()和 close()，讓 ApplicationContext 具有啟動、重新整理和關閉應用上下文的能力。在應用上下文關閉的情況下呼叫 refresh()即可啟動應用上下文，在已經啟動的狀態下，呼叫 refresh()則清除快取並重新裝載配置資訊，而呼叫close()則可關閉應用上下文。這些介面方法為容器的控制管理帶來了便利，但作為開發者，我們並不需要過多關心這些方法。

使用：

如果配置檔案放置在類路徑下，使用者可以優先使用 ClassPathXmlApplicationContext 實現類：

如果配置檔案放置在檔案系統的路徑下，則可以優先考慮使用 FileSystemXmlApplicationContext 實現類：

Spring 3.0 支援基於類註解的配置方式，主要功能來自於 Spring 的一個名為 JavaConfig 子專案，目前 JavaConfig已經升級為 Spring核心框架的一部分。

ApplicationContext 在初始化應用上下文時就例項化所有單例項的 Bean。

WebApplicationContext

WebApplication體系架構：

WebApplicationContext 是專門為 Web 應用準備的，它允許從相對於 Web 根目錄的路徑中裝載配置檔案完成初始化工作。從WebApplicationContext 中可以獲得 ServletContext 的引用，整個 Web 應用上下文物件將作為屬性放置到 ServletContext 中，以便 Web 應用環境可以訪問 Spring 應用上下文。 WebApplicationContext 定義了一個常量ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE，在上下文啟動時， WebApplicationContext 例項即以此為鍵放置在 ServletContext 的屬性列表中，因此我們可以直接通過以下語句從 Web 容器中獲取WebApplicationContext：

Spring 和 Web 應用的上下文融合：

WebApplicationContext 的初始化方式：WebApplicationContext 需要 ServletContext 例項，它必須在擁有 Web 容器的前提下才能完成啟動的工作。可以在 web.xml 中配置自啟動的 Servlet 或定義 Web 容器監聽器（ ServletContextListener），藉助這兩者中的任何一個就可以完成啟動 Spring Web 應用上下文的工作。Spring 分別提供了用於啟動 WebApplicationContext 的 Servlet 和 Web 容器監聽器：

org.springframework.web.context.ContextLoaderServlet；

org.springframework.web.context.ContextLoaderListener

由於 WebApplicationContext 需要使用日誌功能，比如日誌框架使用Log4J，使用者可以將 Log4J 的配置檔案放置到類路徑 WEB-INF/classes 下，這時 Log4J 引擎即可順利啟動。如果 Log4J 配置檔案放置在其他位置，使用者還必須在 web.xml 指定 Log4J 配置檔案位置。

Bean的生命週期

1．當呼叫者通過 getBean(beanName)向容器請求某一個 Bean 時，如果容器註冊了org.springframework.beans.factory.config.InstantiationAwareBeanPostProcessor 介面，在例項化 Bean 之前，將呼叫介面的 postProcessBeforeInstantiation()方法；

2．根據配置情況呼叫 Bean 建構函式或工廠方法例項化 Bean；

3．如果容器註冊了 InstantiationAwareBeanPostProcessor 介面，在例項化 Bean 之後，呼叫該介面的 postProcessAfterInstantiation()方法，可在這裡對已經例項化的物件進行一些“梳妝打扮”；

4．如果 Bean 配置了屬性資訊，容器在這一步著手將配置值設定到 Bean 對應的屬性中，不過在設定每個屬性之前將先呼叫InstantiationAwareBeanPostProcessor 介面的postProcessPropertyValues()方法；

5．呼叫 Bean 的屬性設定方法設定屬性值；

6．如果 Bean 實現了 org.springframework.beans.factory.BeanNameAware 介面，將呼叫setBeanName()介面方法，將配置檔案中該 Bean 對應的名稱設定到 Bean 中；

7．如果 Bean 實現了 org.springframework.beans.factory.BeanFactoryAware 介面，將呼叫 setBeanFactory()介面方法，將 BeanFactory 容器例項設定到 Bean 中；

8．如果 BeanFactory 裝配了 org.springframework.beans.factory.config.BeanPostProcessor後處理器，將呼叫 BeanPostProcessor 的 Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName)介面方法對 Bean 進行加工操作。其中入參 bean 是當前正在處理的 Bean，而 beanName 是當前 Bean 的配置名，返回的物件為加工處理後的 Bean。使用者可以使用該方法對某些 Bean 進行特殊的處理，甚至改變 Bean 的行為， BeanPostProcessor 在 Spring 框架中佔有重要的地位，為容器提供對 Bean 進行後續加工處理的切入點， Spring 容器所提供的各種“神奇功能”（如 AOP，動態代理等）都通過 BeanPostProcessor 實施；

9．如果 Bean 實現了 InitializingBean 的介面，將呼叫介面的 afterPropertiesSet()方法；

10．如果在<bean>通過 init-method 屬性定義了初始化方法，將執行這個方法；

11．BeanPostProcessor 後處理器定義了兩個方法：其一是 postProcessBeforeInitialization() 在第 8 步呼叫；其二是 Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName)方法，這個方法在此時呼叫，容器再次獲得對 Bean 進行加工處理的機會；

12．如果在<bean>中指定 Bean 的作用範圍為 scope=“prototype”，將 Bean 返回給呼叫者，呼叫者負責 Bean 後續生命的管理， Spring 不再管理這個 Bean 的生命週期。如果作用範圍設定為 scope=“singleton”，則將 Bean 放入到 Spring IoC 容器的快取池中，並將 Bean引用返回給呼叫者， Spring 繼續對這些 Bean 進行後續的生命管理；

13．對於 scope=“singleton”的 Bean，當容器關閉時，將觸發 Spring 對 Bean 的後續生命週期的管理工作，首先如果 Bean 實現了 DisposableBean 介面，則將呼叫介面的afterPropertiesSet()方法，可以在此編寫釋放資源、記錄日誌等操作；

14．對於 scope=“singleton”的 Bean，如果通過<bean>的 destroy-method 屬性指定了 Bean 的銷燬方法， Spring 將執行 Bean 的這個方法，完成 Bean 資源的釋放等操作。

可以將這些方法大致劃分為三類：

Bean 自身的方法：如呼叫 Bean 建構函式例項化 Bean，呼叫 Setter 設定 Bean 的屬性值以及通過<bean>的 init-method 和 destroy-method 所指定的方法；

Bean 級生命週期介面方法：如 BeanNameAware、 BeanFactoryAware、 InitializingBean 和 DisposableBean，這些介面方法由 Bean 類直接實現；

容器級生命週期介面方法：在上圖中帶“★” 的步驟是由 InstantiationAwareBean PostProcessor 和BeanPostProcessor 這兩個介面實現，一般稱它們的實現類為“ 後處理器” 。 後處理器介面一般不由 Bean 本身實現，它們獨立於 Bean，實現類以容器附加裝置的形式註冊到 Spring 容器中並通過介面反射為 Spring 容器預先識別。當Spring 容器建立任何 Bean 的時候，這些後處理器都會發生作用，所以這些後處理器的影響是全域性性的。當然，使用者可以通過合理地編寫後處理器，讓其僅對感興趣Bean 進行加工處理

ApplicationContext 和 BeanFactory 另一個最大的不同之處在於：ApplicationContext會利用 Java 反射機制自動識別出配置檔案中定義的 BeanPostProcessor、 InstantiationAwareBeanPostProcessor 和 BeanFactoryPostProcessor，並自動將它們註冊到應用上下文中；而後者需要在程式碼中通過手工呼叫 addBeanPostProcessor()方法進行註冊。這也是為什麼在應用開發時，我們普遍使用 ApplicationContext 而很少使用 BeanFactory 的原因之一

IOC容器工作機制

容器啟動過程

web環境下Spring容器、SpringMVC容器啟動過程：

首先，對於一個web應用，其部署在web容器中，web容器提供其一個全域性的上下文環境，這個上下文就是ServletContext，其為後面的spring IoC容器提供宿主環境；

其次，在web.xml中會提供有contextLoaderListener（或ContextLoaderServlet）。在web容器啟動時，會觸發容器初始化事件，此時contextLoaderListener會監聽到這個事件，其contextInitialized方法會被呼叫，在這個方法中，spring會初始化一個啟動上下文，這個上下文被稱為根上下文，即WebApplicationContext，這是一個介面類，確切的說，其實際的實現類是XmlWebApplicationContext。這個就是spring的IoC容器，其對應的Bean定義的配置由web.xml中的context-param標籤指定。在這個IoC容器初始化完畢後，spring容器以WebApplicationContext.ROOTWEBAPPLICATIONCONTEXTATTRIBUTE為屬性Key，將其儲存到ServletContext中，便於獲取；

再次，contextLoaderListener監聽器初始化完畢後，開始初始化web.xml中配置的Servlet，這個servlet可以配置多個，以最常見的DispatcherServlet為例（Spring MVC），這個servlet實際上是一個標準的前端控制器，用以轉發、匹配、處理每個servlet請求。DispatcherServlet上下文在初始化的時候會建立自己的IoC上下文容器，用以持有spring mvc相關的bean，這個servlet自己持有的上下文預設實現類也是XmlWebApplicationContext。在建立DispatcherServlet自己的IoC上下文時，會利用WebApplicationContext.ROOTWEBAPPLICATIONCONTEXTATTRIBUTE先從ServletContext中獲取之前的根上下文(即WebApplicationContext)作為自己上下文的parent上下文（即第2步中初始化的XmlWebApplicationContext作為自己的父容器）。有了這個parent上下文之後，再初始化自己持有的上下文（這個DispatcherServlet初始化自己上下文的工作在其initStrategies方法中可以看到，大概的工作就是初始化處理器對映、檢視解析等）。初始化完畢後，spring以與servlet的名字相關(此處不是簡單的以servlet名為Key，而是通過一些轉換)的屬性為屬性Key，也將其存到ServletContext中，以便後續使用。這樣每個servlet就持有自己的上下文，即擁有自己獨立的bean空間，同時各個servlet共享相同的bean，即根上下文定義的那些bean。

Bean載入過程

Spring的高明之處在於，它使用眾多介面描繪出了所有裝置的藍圖，構建好Spring的骨架，繼而通過繼承體系層層推演，不斷豐富，最終讓Spring成為有血有肉的完整的框架。所以檢視Spring框架的原始碼時，有兩條清晰可見的脈絡：

1）介面層描述了容器的重要元件及元件間的協作關係；

2）繼承體系逐步實現元件的各項功能。

介面層清晰地勾勒出Spring框架的高層功能，框架脈絡呼之欲出。有了介面層抽象的描述後，不但Spring自己可以提供具體的實現，任何第三方組織也可以提供不同實現， 可以說Spring完善的介面層使框架的擴充套件性得到了很好的保證。縱向繼承體系的逐步擴充套件，分步驟地實現框架的功能，這種實現方案保證了框架功能不會堆積在某些類的身上，造成過重的程式碼邏輯負載，框架的複雜度被完美地分解開了。

Spring元件按其所承擔的角色可以劃分為兩類：

1）物料元件：Resource、BeanDefinition、PropertyEditor以及最終的Bean等，它們是加工流程中被加工、被消費的元件，就像流水線上被加工的物料；

BeanDefinition：Spring通過BeanDefinition將配置檔案中的<bean>配置資訊轉換為容器的內部表示，並將這些BeanDefinition註冊到BeanDefinitionRegistry中。Spring容器的後續操作直接從BeanDefinitionRegistry中讀取配置資訊。

2）加工裝置元件：ResourceLoader、BeanDefinitionReader、BeanFactoryPostProcessor、InstantiationStrategy以及BeanWrapper等元件像是流水線上不同環節的加工裝置，對物料元件進行加工處理。

InstantiationStrategy：負責例項化Bean操作，相當於Java語言中new的功能，並不會參與Bean屬性的配置工作。屬性填充工作留待BeanWrapper完成

BeanWrapper：繼承了PropertyAccessor和PropertyEditorRegistry介面，BeanWrapperImpl內部封裝了兩類元件：（1）被封裝的目標Bean（2）一套用於設定Bean屬性的屬性編輯器；具有三重身份：（1）Bean包裹器（2）屬性訪問器 （3）屬性編輯器登錄檔。PropertyAccessor：定義了各種訪問Bean屬性的方法。PropertyEditorRegistry：屬性編輯器的登錄檔

上圖描述了Spring容器從載入配置檔案到創建出一個完整Bean的作業流程：

１、ResourceLoader從儲存介質中載入Spring配置資訊，並使用Resource表示這個配置檔案的資源；

２、BeanDefinitionReader讀取Resource所指向的配置檔案資源，然後解析配置檔案。配置檔案中每一個<bean>解析成一個BeanDefinition物件，並儲存到BeanDefinitionRegistry中；

３、容器掃描BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition，使用Java的反射機制自動識別出Bean工廠後處理後器（實現BeanFactoryPostProcessor介面）的Bean，然後呼叫這些Bean工廠後處理器對BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition進行加工處理。主要完成以下兩項工作：

1）對使用到佔位符的<bean>元素標籤進行解析，得到最終的配置值，這意味對一些半成品式的BeanDefinition物件進行加工處理並得到成品的BeanDefinition物件；

2）對BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition進行掃描，通過Java反射機制找出所有屬性編輯器的Bean（實現java.beans.PropertyEditor介面的Bean），並自動將它們註冊到Spring容器的屬性編輯器登錄檔中（PropertyEditorRegistry）；

4．Spring容器從BeanDefinitionRegistry中取出加工後的BeanDefinition，並呼叫InstantiationStrategy著手進行Bean例項化的工作；

5．在例項化Bean時，Spring容器使用BeanWrapper對Bean進行封裝，BeanWrapper提供了很多以Java反射機制操作Bean的方法，它將結合該Bean的BeanDefinition以及容器中屬性編輯器，完成Bean屬性的設定工作；

6．利用容器中註冊的Bean後處理器（實現BeanPostProcessor介面的Bean）對已經完成屬性設定工作的Bean進行後續加工，直接裝配出一個準備就緒的Bean。

總結

Spring IOC容器主要有繼承體系底層的BeanFactory、高層的ApplicationContext和WebApplicationContext

Bean有自己的生命週期

容器啟動原理：Spring應用的IOC容器通過tomcat的Servlet或Listener監聽啟動載入；Spring MVC的容器由DispatchServlet作為入口載入；Spring容器是Spring MVC容器的父容器

容器載入Bean原理：

BeanDefinitionReader讀取Resource所指向的配置檔案資源，然後解析配置檔案。配置檔案中每一個<bean>解析成一個BeanDefinition物件，並儲存到BeanDefinitionRegistry中；

容器掃描BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition；呼叫InstantiationStrategy進行Bean例項化的工作；使用BeanWrapper完成Bean屬性的設定工作；

單例Bean快取池：Spring 在 DefaultSingletonBeanRegistry 類中提供了一個用於快取單例項 Bean 的快取器，它是一個用 HashMap 實現的快取器，單例項的 Bean 以 beanName 為鍵儲存在這個HashMap 中。